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石墨烯应用将带来产业巨变 中国占据资源优势且专利领先

作者:桂林清研皓隆新材料有限公司 浏览: 发表时间:2021-07-29 10:59:36




石墨烯是一种源自矿物石墨的材料,于2004年被发现。它的厚度只相当于一个原子,具有数不清的特性,例如:超柔韧性、超导热性、透明性、高强度、超导电性和低环境污染性,它还有可能成为替代石油的新能源。这些特性赋予了这种新材料独特的地位。一个重要的事实是,中国拥有世界上最多的石墨烯资源。不仅如此,它还处于生产和研究这种材料的最前沿。作为天然石墨的主要生产国之一,加拿大也拥有可观的发展前景,而美国则没有这种可能性。


在世界舞台上,中国拥有全世界60%的石墨烯资源,该国开发了当今大多数石墨烯创新用途并申请了专利。

报道称,人们预计,石墨烯进入工业化流程将产生破坏性影响,因为它将导致迄今为止人们所使用的金属被替代。出于上述原因,它已经成为一种重要的金融商品,即使其应用尚未普及。


2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用普通胶带从石墨上剥离出石墨片,并重复操作,石墨片越来越薄,最终得到单层石墨片,他们称其为石墨烯。事实证明,这是一张只有一个原子那么厚的薄片,但它具有大量的特性和优点,这立即引起了科学界的兴趣。这一发现和对石墨烯的详尽描述,使海姆和诺沃肖洛夫赢得了2010年诺贝尔物理学奖。诺沃肖洛夫总结说:“许多材料都具有石墨烯的某些特性。但只有这一种材料将这些特性集合到一起,这带来了巨大的可能性。”


至于这种材料本身,它的规格是纳米级的,其特性包括:超薄、超柔、强度高(是工业用钢的200倍,强度类似于金刚石)、超轻(同等体积下质量是铝的五分之一)、导热性超高、透明、导电性超强、防水、成本低,以及对环境的影响较小。

基于上述情况,石墨烯的应用将给以下产业带来巨大变革:

1.航空:石墨烯将使飞机的机身获得更大的强度、更轻的重量和更大的柔韧性。

2.农业:美国艾奥瓦大学开发了一种基于石墨烯片的传感器系统,可以报告农作物中的含水量。这些传感器被绑在植物叶片上,可以检测其中的含水量。该系统具有高效、低成本的优势。

3.食品:利用石墨烯可以开发没有细菌感染风险的食用成分。

4.汽车:一方面,可使车身更轻便、更灵活;另一方面,将使电动汽车普及速度加快,因为石墨烯电池的重量非常轻,并且可以在短时间内充满电,续航里程可达600公里。

5.生物医学:将脱氧核糖核酸(DNA)与石墨烯结合可以制成组织和芯片,以便逐步将药物输送到人体内。在美国麻省理工学院,科学家正利用石墨烯的灵敏度打造DNA的化学和生物传感器,这将使基因检测变得更简单、更精确。

6.通信:石墨烯材料本身能充当“转发器”,因此可以改善通过其进行的Wi-Fi通信的效果。

7.电力:由于石墨烯在导电方面性能优越,它将代替铜。在此基础上,最近的发现还显示,电流能够以非常规机制通过石墨烯。

8.电子:石墨烯具备的透明性使其可用于制造显示器,还可用于制造能快速充电的电池(充电速度比目前的电池快10倍)。

9.光伏:石墨烯具有很好的导热性,用于制造太阳能电池板可大大提高效率。

10.能源:美国斯坦福大学已经设计了一种基于石墨烯的热电子能量收集器,该收集器能够利用环境自身的离子产生能量。

11.信息技术:到目前为止,该领域使用的是二进制语言。但是,科学家长期以来一直在研究量子计算。石墨烯对即将到来的这场新的信息技术革命非常有用。

12.安全:可用于制造高强度、超轻便的防弹背心。

13.钢铁:美国麻省理工学院开发了一种石墨烯固体凝胶,其密度为钢的5%,但强度比钢高10倍。这将改变火车、汽车、飞机、轮船的结构,从而影响钢铁行业。

14.可持续性:用石墨烯可以打造一种筛子,这种筛子能使水与盐分离。在曼彻斯特大学,科学家指出,这种分离方式将为建立脱盐工厂带来可能性,而且这种工厂可以使用太阳能来满足重要的社会需求。

15.手机:手机将具有较高的灵敏度和充电速度。首款用石墨烯制成的手机已于2015年推出并获得专利。这款手机配备非常灵敏的触摸屏,能耗也低。

基于以上陈述,我们可以看到这种新材料在科学发展进程中用途广泛。


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